Poliol de policaprolactona

Además de los poliésterpolioles a base de ácido adípico, el poliuretano microcelular de alto rendimiento y la espuma flexible de poliuretano también utilizan policaprolactonapolioles (PCL). PCL se sintetiza mediante polimerización catalítica con apertura de anillo de ε-caprolactona en presencia de iniciadores diol (poliol). Su funcionalidad depende de la funcionalidad del iniciador de poliol utilizado.

De manera similar a la preparación de poliéter polioles, el peso molecular y la funcionalidad del PCL se pueden adaptar ajustando el tipo y la cantidad de iniciadores, lo que permite la síntesis de PCL adecuada para espumas de poliuretano flexibles, semirrígidas y rígidas. Por ejemplo, para elastómeros y espumas flexibles se utiliza PCL de peso molecular medio derivado de etilenglicol, glicerol o trimetilolpropano. En la síntesis de espumas flexibles de poliuretano se puede emplear policaprolactona triol con un peso molecular de aproximadamente 3000.

Por ejemplo, hacer reaccionar 169 partes de dimetilo ε-caprolactona, 4,8 partes de etilenglicol y 0,09 partes de catalizador de óxido de dibutilestaño en atmósfera de nitrógeno. 170°C durante 4,5 horas produce un líquido viscoso incoloro PCL con un índice de hidroxilo de 48 mgKOH/g y un índice de acidez de 2,1 mgKOH/g. Los productos de poliuretano sintetizados a partir de PCL exhiben la alta resistencia mecánica, la excelente resistencia al desgaste y la resistencia al aceite de los poliuretanos tradicionales a base de poliéster, al tiempo que poseen la resistencia superior a la hidrólisis y la flexibilidad a baja temperatura de los poliuretanos a base de poliéter.

La viscosidad de los dioles de policaprolactona es significativamente menor que la de los poliésteres a base de ácido adípico, lo que los hace más fáciles de usar y mejora la resistencia a bajas temperaturas, la resistencia a la hidrólisis y la estabilidad dimensional de las espumas. Sin embargo, el PCL es relativamente caro y rara vez se utiliza solo para la producción de espumas de poliuretano. Se utiliza principalmente para espumas flexibles de poliuretano y elastómeros de poliuretano microcelulares con requisitos especiales. También se puede mezclar con poliésteres a base de ácido adípico o usarse para modificar estos últimos con caprolactona para impartir buena resistencia a la hidrólisis y a las bajas temperaturas al poliéster.

Un ejemplo de síntesis de poliéster mixto modificado implica calentar 730 partes de ácido adípico, 570 partes de ε-caprolactona y 357 partes de etilenglicol en atmósfera de nitrógeno para 160°C mientras se elimina gradualmente el agua de condensación. Cuando la temperatura sube a 180–190°C, la reacción se continúa a presión reducida durante un período para producir un poliéster viscoso de color marrón claro con un índice de hidroxilo de 40 mg de KOH/g y un índice de acidez de 1,4 mg de KOH/g.

Para preparar espumas rígidas de poliuretano se pueden utilizar policaprolactonapolioles de bajo valor de hidroxilo y alta funcionalidad sintetizados utilizando pentaeritritol o sorbitol como iniciadores. Dado que la mayoría de estos iniciadores polihidroxi son sólidos, la polimerización es un desafío y requiere la adición de solventes. Por ejemplo, mezclando 1160 partes de pentaeritritol, 2580 partes de ε-caprolactona y 200 partes de benceno en atmósfera de nitrógeno y se agita mientras se calienta, seguido de la adición de 2 partes de cloruro de benzoílo y se mantiene la temperatura a aproximadamente 190°C hasta que el índice de acidez sea inferior a 2 mgKOH/g, produce polioles PCL después de eliminar el disolvente y los polioles sin reaccionar. ε-caprolactona a presión reducida.

Las espumas rígidas de poliuretano fabricadas a partir de PCL presentan una excelente estabilidad térmica. Por ejemplo, la espuma de poliuretano sintetizada a partir de PCL usando TMP como iniciador y PAPI como isocianato exhibe sólo una pérdida de peso del 3% después de 24 horas a temperatura ambiente. 204°C y 17% después de 312 horas. Su resistencia a la compresión es de 1,49 MPa a 149°C y 0,63 MPa a 204°C.